1969 Nr kol ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ SeriaI GÓRNICTWO z. 36 MIROSŁAW CHUDEK, TADEUSZ STAROŃ

ZESZYTY NAUKOWE POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ SeriaI GÓRNICTWO z. 36

______ 1969 Nr kol. 245

MIROSŁAW CHUDEK, TADEUSZ STAROŃ

WSPÓŁCZYNNIK ROZLUZOWANIA SKAŁ TOWARZYSZĄCYCH POKŁADOM WĘGLA W ŚIWETLE BADAŃ LABORATORYJNYCH

Streszczenie. Opisano urządzenie oraz metodę badań współczynnika rozluzowania skał towarzyszących po­

kładom węgla.

Podano wyniki pomiarów laboratoryjnych współczyn­

nika rozluzowania skał.

1. Wstęp

Znajomość wielkości współczynnika rozluzowania skał towarzyszących pokładom węgla w zależności od ich fizykomechanicznych właściwo­

ści ma duże znaczenie w technice górniczej.

Dla podjęcia prób związanych z możliwością prowadzenia eksploata­

cji pokładu węgla z zawałem stropu pod pokładem z polem pożarowym, względnie dla określenia bezpiecznej odległości przy której możli­

we jest wybieranie pokładów podebranych, dużą rolę odgrywa współ­

czynnik rozluzowania skał. Jak wiadomo z praktyki, wysokość zawału powstającego samorzutnie nad wybieranym pokładem uzależniona jest między innymi od grubości eksploatowanego pokładu, wielkości współ­

czynnika rozluzowania skał oraz ciśnienia występującego w górotwo­

rze.

Znane z literatury wielkości współczynnika rozluzowania skał posiadają duże rozbieżności. - S.T. Kuźniecow [2] podaje wielkość współczynnika rozluzowania skał karbońskich dla warunków Zagłębi Związku Radzieckiego w zależności od rodzaju i miąższości warstw, w granicach od 1,15 do 1,35.

J. Znański w pracy [4] podaje wielkość współczynnika rozluzowania skał w granicach od 1,28 (łupki) do 1,35 (piaskowce), przy uwzględ- nieniu ich zgniatania do 1000 kg/cm , co odpowiada głębokości około 2 800 m. A» Lisowski Li] w swoich badaniach nad wysokością zawału tzw. nchaotycznegon przyjmuje wielkość współczynnika rozluzowania skał w granicach od 1,4 do 1,8.

Z przytoczonych przykładów widzimy, że wielkości współczynnika rozluzowania skał nie są jednakowe.

Koniecznym więc jest przeprowadzenie badań laboratoryjnych nad współczynnikiem rozluzowania skał.

Badania te pozwolą określić wartość liczbową tego parametru oraz wyjaśnić, jakie czynniki mają wpływ na jego wielkość. Pewnym jest, że własności fizykomechaniczne skał oraz wielkości nacisku zgniatania pod prasą hydrauliczną próbek skał będą wpływały na wartość parametru współczynnika rozluzowania skał.

W niniejszym opracowaniu analizuje się przytoczone wyżej zagad­

nienia ze szczególnym uwzględnieniem laboratoryjnego określenia współcznnyika rozluzowania skał, który ma decydujące znaczenie dla samorzutnie powstającej wysokości zawału nad eksploatowanym pokła­

dem.

2. apłratura własna do określenia współczynnika rozluzowąnia skał ULa określenia wielkości współczynnika rozluzowania skał ko­

nieczne było przeprowadzenie pomiarów laboratoryjnych tego parame­

tru. W tym celu skonstruowano urządzenie, w kształcie zbiornika cylindrycznego (rys. 1).

Urządzenie to składa się z rury cylindrycznej o 0 300 mm, wysoko­

ści 450 mm i grubości ścianki 8 mm.

Cylinder u dołu zamyka dno o grubości 30 mm.

4So

Współczynnik rozluz owania słał towarzyszących.« 85

lo

316

Rys. 1. Urządzenia cylindryczne do pomiaru współczynnika rozluzo- wania skał (wg projektu Staronia)

Cylinder oznaczono skalą od 50 do 450 mm, pozwalający odczytywać objętość skały znajdującej się w nim po jej rozluzowaniu i przy różnym nacisku zgniatania badanych prób skał«

W górnej części zbiornika cylindrycznego umieszczony jest ru­

chomy tłok o grubości 50 mnt który jest połączony z tłoczyskiem z rury o średnicy 100 mm i długości 200 mm.

Rys. 2. Zdjęcie urządzenia cylindrycznego przy współpracy z prasą hydrauliczną - podczas badań

Współczynnik rozłuzowania skał towarzyszących, 87 Zestaw aparatury badawczej przy współpracy z prasą hydrauliczną przedstawiono na zdjęciu (rys. 2).

Zasada badania współczynnika w urządzeniu jest następująca* okreś­

loną w cieczy objętość skały o danej granulacji umieszczamy w urzą­

dzeniu cylindrycznym, w którym możemy określić wielkość współczyn­

nika rozłuzowania skał, tj. stosunek objętości skały rozluzowanej (V ) do objętości skały określonej w cieczy (V ), czyli:

X c

Ponieważ skała w środowisku zawałowym jest systematycznie poddawa­

na zgniataniu wywołanym działaniem tzw. "tylnego wspornika sklepie­

nia ciśnień", przeto w urządzeniu znajduje się ruchomy tłok, któ­

ry umożliwia badanie zmian współczynnika rozłuzowania skał pod wpływem różnoj wielkości siły zgniatania.

Żądany nacisk na próbę skał w cylindrze uzyskuje się pod działa­

niem prasy hydraulicznej, co odzwierciedlać może nacisk górotworu w zależności od głębokości pokładu.

3. Metoda badań współczynnika rozłuzowania skał towarzyszących po­

kładom węgla

Całkowite odwzorowanie w badaniach laboratoryjnych warunków śro­

dowiska skał w zawale jest zagadnieniem złożonym (między innymi dlatego, że dla właściwego odzwierciedlenia gruzowiska skał powsta­

jącego przy zawale - urządzenie do badań współczynnika rozłuzowania skał w warunkach badań laboratoryjnych musiałoby posiadać znaczne rozmiary, co praktycznie nie zawsze jest możliwe do wykonania}.

Również sam charakter skał i głębokość zalegania pokładów, na któ­

rej wywołane są zawały, mają duży wpływ na granulacje samorzutnie łamiących się skał w środowisku zawałowym eksploatowanego pokładu

węgla. Na podstawie obserwacji stwierdzono, że skały kruche (np.

łupki) piaszczyste łamią się na małe bryły, zaś piaskowce na duże bloki, stąd ich współczynnik rozluzowania będzie różny.

Niemniej jednak istnieje możliwość odwzorowania w warunkach ba­

dań laboratoryjnych przybliżonego środowiska skał w zawale, co jest wystarczające dla dokładności obliczeń przewidywanych defonnacji górotworu za postępem przodka wybierkowego.

Metoda badań laboratoryjnych współczynnika rozluzowania: z pobra­

nych prób skał ze środowiska zawałowego skały jednorodnej (łupki ilaste, łupki piaszczyste, piaskowce) odsiano próby o jednakowej granulacji, po czym badano wielkość rozluzowania skał poszczegól­

nych frakcji.

Ponieważ odsiano kilka granulacji możliwe było zbadanie wpływu wielkości ziaren badanej skały na wielkość współczynnika rozluzo­

wania skał.

Wiadomym jest, że w środowisku zawałowym przestrzeni poeksplo­

atacyjnej pokładu mamy do czynienia ze skałami o różnej granula­

cji, dlatego na podstawie kilkunastu prób dla poszczególnych rodza­

jów skał wykonano analizę sitową.

Ze względu na ograniczoną wielkość urządzenia cylindrycznego (ob­

jętość 28260 cm^) odrzucono wypad sortymentów skały powyżej 120 mm, zaś procentowe odpady skały o granulacji 0-20, 20-50, 50-80 oraz 80-120 mm uwzględniono przy badaniach laboratoryjnych współczynnika rozluzowania skał.

Próbki skał zgniatano w urządzeniu pod prasą i określono kolejno wielkość współczynnika rozluzowania skał (danej granulacji) w za­

leżności od wielkości siły zgniatania.

W przygotowaniach prób do badań laboratoryjnych uwzględniono skład petrograficzny badanego rodzaju skał oraz ich wilgotność.

Współczynnik rozluzowania skał towarzyszących.•• 89 4. Badania laboratoryjne skał towarzyszących pokładom węgla

W badaniach laboratoryjnych dla określenia współczynnika rozluzo­

wania skał uwzględniono trzy rodzaje skał:

- łupki ilaste, - łupki piaszczyste, - piaskowce.

4.1. Pobieranie i przygotowanie prób do badań laboratoryjnych Przebadane laboratoryjnie skały pochodziły z kop. "Nowy Wirek":

- łupki ilaste ze stropu pokładu 506 poz. 636 m, - łupki piaszczyste ze spągu pokładu 507 poz. 711 m, - piaskowce z warstw stropowych pokładu 610 poz. 711 m.

W początkowym stadium badań pobrane próby omawianych skał przesia­

no przez sito o boku oczka 120 mm.

Wypad sortymentów skał powyżej 120 mm odrzucono.

Z kolei z prób o granulacji do 120 mm wykonano analizę sitową. Wy­

pad odsianych frakcji o granulacji 0 do 20, 20-50, 50-60, 80-120 z poszczególnych badanych prób skał, przedstawiono na wykresach

(rys. 3).

Wagowy procentowy wypad omawianych frakcji z uwzględnieniem rodza­

ju skał przedstawiono w tablicy 1. Ten procentowy wypad sortymen­

tów poszczególnych rodzajów skał (tablica 1, rys. 3) będzie uwzględniony przy dalszych badaniach laboratoryjnych współczynni­

ka rozluzowania skał.

Jak widać z przedstawionych wykresów (rys. 3 i tablicy 1) pro­

centowy wypad sortymentów pobranych prób skał z przestrzeni ścian zawałowych, jak łupków ilastych i łupków piaszczystych jest bar­

dzo zbliżony. Piaskowce natomiast posiadają większy procentowy udział sortymentów o granulacji od 20-50 mm i powyżej 120 mm, zaś udział mniejszy o granulacji od 50-80 mm w porównaniu z łupkami.

9o

>

-2 80 0)

I ”

8 50

>

* 4o

I

y

20

O

^ ta

tu p ek ¿Lasty c itzo r próby 135 kg --- t upek piaszczysty ciężar p ró b y 120 k g ___

piaskowiec ciężar próby 96 k g ---

\ 7kkg

/ /

A

363*?

/ /

/ / \\ 3J.6A*

v \

»_31 kę

x \

...^fOHf

\ y y

_

\ x

I,6k9

80-120 mm

laborat aryjnych

Wiadomym z praktyki, że właściwości fizyczne i chemiczne skał a szczególnie skład mineralny mają duży wpływ na wartość współczyn­

nika rozluzowania.

W tym celu dla uzyskania dokładnego obrazu właściwości chemicz­

nych skał przeprowadzono analizę chemiczną pobranych próbek z każ­

dego rodzaju skał. Uzyskane wyniki z przeprowadzonych analiz che­

micznych badanych rodzajów skał, tj. łupków ilastych, łupków pia­

szczystych i piaskowców przedstawiono w załączonej tablicy 2.

Współczynnik rozluzowania skał towarzyszących««» 91 Tablica 1 Tabelaryczne zestawienie otrzymanych parametrów analizy sitowej

dla łupków ilastych, łupków piaszczystych i piaskowców Rodzaj skał

Frakcja mm

Łupki ilaste Łupki piaszczyste Piaskowce

kg _% kg % kg _%

0-20 3,5 2,5 4,0 3,2 8,2 8,6

12-50 31,0 23,3 33,5 26,2 36,3 38,2

50^-e0^{m 94,0} 70,7 74,0 61,6 47,8 39,5

80-120 4,5 3,5 8,5 9,6 12,7 13,7

Razem s 133,0 100,0 120,0 100,0 95,0 100,0

Tablica 2 Analiza chemiczna badanych skał

Łupki ilaste

Łupki

piaszczyste Piaskowce

Krzemiona Si02 % 50,11 59,20 81,91

Tlenek glinu AlgO^ % 32,16 22,63 6,21

Tlenek żelaza Fe^O^ % 1,27 3,62 3,95

Tlenek wapnia CaO % 0,96 1,81 1,11

Tlenek magnezu AgO _% 1,03 1,52 1,14

Tlenek potasu KpO % 0,90 2,63 0,61

Pozostałe części % 13,57 8,59 6,07

Razem; 100,00 100,00 100,00

Analizy chemiczne badanych skał wykonano w laboratorium kopalni

"Iłowy 'Wirek".

Przy określaniu składników chemicznych skał posłużono się metodą wagową.

Jak widać z tabelarycznego zestawienia (tablica 2) procentowy udział krzemionki w składzie chemicznym w określonym analizą che­

miczną badanych skal tj. łupków ilastych, piaszczystych oraz pias­

kowców wzrasta i tak według kolejności od 50,11-81,9155»

Również wzrasta udział FegO^ a maleje AlgO^ badanych skał wraz z ich zwięzłością.

4,2. Współczynnik rozluzowanych skał nie poddawanych zgniataniu W następnej kolejności dokonano pomiarów laboratoryjnych współczyn­

nika rozluzowania skał nie poddawanej zgniataniu próbek danej frak­

cji z poszczególnych rodzajów skał towarzyszących pokładom węgla.

Odsianą frakcję umieszczano w urządzeniu w kształcie walca o 3

objętości 28.260 cm . Skała zajmowała objętość walca do 40 cm jego wysokości. Z kolei skała została przykryta w urządzeniu tłokiem z tłoczyskiem, określając dokładne miejsce położenia tłoka.

Po zdjęciu tłoka z tłoczykiem napełniano naczynie ze skałą wodą destylowaną. Wysokość lustra wody pokrywała się z poziomem skały w cylindrze. Ponownie założono tłok w celu dokładnego ustalenia poziomu skały i wody w urządzeniu. Następnie zdjęto tłok z tło­

czyskiem i usunięto skałę z urządzenia, po czym za pomocą menzur­

ki pomierzono objętość wody w naczyniu z daną frakcją badanego rodzaju skał.

<5

Znając objętość naczynia (28.260 cnr) oraz objętość wody w urzą­

dzeniu pomniejszoną o nasiąkliwość skał

(v

zowania skał (na podstawie minimum 3 prób) określono za pomocą wzoru 1 z dostosowaniem go do badań w urządzeniu.

Tabelarycznozestawienieprzebadanychlaboratoryjnieprób skał karbońskich

Współczynnik rozluzowania skał towarzyszących.. 93

0 «

•H 1

4 .■d I 10

a 1 l wa

§ i §

I s ! 'a¿¡•d

i

'O s®

■dU

O lA CV|

r O l A r O W r tJ-

• * • •

r- t— r- r- 1,00 1,04 1,18 1,16 O A A O O O O A

a a a a r — r — r - r -

CO

a r-

CM8

A CM A C- O CM CM Tf a * • * t— T— r- T-

r - \ Q r - o O O CM CM

a a a a t— T— r- r-

r- CO CO A O O O A

a a a a T— T- T— r-

CM a T~

O a

C0 t- CM CA O CM CA A

r> a a a

A r - A M ) O r- CM CM

a a a a T- T— r- T-

CM CM A CO O t- r- A

a a a a r- <r- r~ r-

A CM

8

^ CM CO «M* t— A A V0

• a a a T" t- r- r-

C0 CO r- A O r- A A

a a a a t— r- t— r-

O r- ł- a a a a r- t— t— r —

O A a

O A

CA CM (A CA CM 'M* ^ C-

a a a a t— 1— T— t—

A O CM M>

T- A *3 * a a a a r* r* r- r*

CO CO O M ) O CM A M )

a a a a r- r- t— t—

A

a T~

O CM

A t“* CO CM A A M ) O

a a a a r* t— t— CM

■M- CO A CO CM "M- A M )

a a a a C- T~ t— t—

-M- CO vi) A t— A A

a a a a r- t- r- r-

v£>

a

O

CM r- A C M Kh t- CO CM

a a a a r~ t— r— CM

O CM 0 0 A M> C— C—

a a a a T— T— t— r-

A CO "M- CM r- A C— O

a a a a t- t- r- CM

A C-a

w d

' & £ / i 8

L > h l > °

* s 1

S i l M u

•M- O O O A O CM <-

r-**CM* CM* CM*

o ^{^}

Cj o r a a a a r- r- CM CM

Ti-rCM O N t ^ A r

a a a a r- r- t— CM

OCO a

1 >> *H

®* ¿ 2 i i» S

•o sa 'p p oF © a f i ^O fi v ^{« N O}

O +» P< £ h »d

O O C- C—

A A r- A A r- C^VD 0 0 ^ ^{CM r-}

r— r- r— r-

A CO CM A CO A A CO r A 0 3 O O A A A CM t— r r-

O m> co

t^CM r- A A t" ^

CM M) ^{Tt A}

C M r r r

A

A r-

0 >»'O

•Q HQ i

«£ ° _O +>

5 ^ 8 > * g o

O O A A r- A tJ-O (A t - lf\M)

A tHA^D

A CM CO t'-

0 0 CM kt A

O -M- CM A

^ ^{"t o}

Tj- A CO A r- A

r— r~ r—

A A t- CM

1 ¹ ' H ** ' d o 3S W)

o 2f ® ^ej

co d o

Q ii O !>>-H P

a to p. ra rf £

CM CM a CO

A

O

A

O

A

1 1 "

g o '

& bO

O

MR 0 )

t -t>

a CM

8a A

A O a CM

Frakcja granu­ lacjiko­ lejnych prób mm

O

o O O CM

1 M 7 o o o 6

CM A 0 0

O

O O O CM

° i V i 7 o o o o

CM A a)

_ ^O

o O O CM

7 ^ M

O O O Q CM A CO

O

O O CM CM Cj)

° £ 8

Bi >i

> fM S | 2^CG

O

O tJ

j! ra , o n , c t ® p'i »o 9 | 4 H H

^ i-i 'W N P«

1 0

•H t3 +>

OT CQ Q i 4 >>

S *H N Hi P i O

O

l © *d

0 1 O Tj

I l e - ' s

p4 M KG N P«

0 • •

M M -p

01 0 ) • OT

•3 . 3 p4 PH hS fł

•

P* t— CM A

kr k

V]UOMOZn]ZOu y u u f i z j j o d ę M

Funkcjo, badanychprobskat Rys.4.Wykreszałeżnogciwspółczynnikarozluzowanianiezgniatanychskałodich granulacji

Współczynnik rozluzowania skał towarzyszących.«. 95 gdzie:

V - objętość naczynia (ze skałą wraz z zaabsorbowaną wodą), n

V - objętość wody w naczyniu, W

V - V - jak we wzorze 1.

r c

W ten sposób powtarzano czynności z każdą frakcją, a otrzymane wy­

niki (średnie z 3 pomiarów) dla każdej frakcji zestawiono w tabli­

cy 3.

Uzyskane wyniki z badań laboratoryjnych (rys. 4, tablica 3) współczynniki rozluzowania skał nie poddawanych zgniataniu pozwa­

lają na stwierdzenie, że:

- przebieg zależności i współczynnika rozluzowania skał od wypadu frakcji badanych próbek przebiega według krzywej zbliżonej do paraboli,

- przy wypadzie frakcji badanych prób skał od 0-20 ram, daje się zauważyć gwałtowny wzrost współczynnika rozluzowania skałs w przedziale wypadku frakcji od 20-50 mm badanych próbek skał, wzrost współczynnika rozluzowania jest nieznaczny, natomiast przy granulacjach powyżej 80 mm wzrost współczynnika rozluzowa­

nia skał jest minimalny (zbliża się asymptotycznie do półosi dłuższej paraboli),

- ze wzrostem zwięzłości skał maleje ich współczynnik rozluzowa­

nia (rys. 4).

Ponieważ w środowisku strefy zawału mamy do czynienia z oddziały­

waniem ciśnienia związanego z tylnym wspornikiem sklepienia ciś­

nień [3] stąd gruzowisko skał w zawale jest pod wpływem jego zgnia­

tania, a tym samym wielkość współczynnika rozluzowania skał musi maleć.

4.3. Współczynnik rozluzowanla skał poddawanych stopniowemu zgnia­

taniu

W tym celu frakcje badanych próbek poszczególnych skal już uprzed­

nio przebadanych, ponownie umieszczano w urządzeniu cylindrycznym i poddawano je pod nacisk prasy hydraulicznej, a następnie dokony­

wano pomiarów między wyjściową (bez nacisku) wielkością współczyn­

nika rozluzowanla skał, a siłą nacisku prasy hydraulicznej.

Badania te przeprowadzono w laboratorium GIG w Katowicach i w Ka­

tedrze Budownictwa Podziemnego Kopalń Wydziału Górniczego Politech­

niki Śl. Ściskanie prób skał przeprowadzono przy pomocy prasy hy­

draulicznej "Amsler". Maksymalny nacisk prasy wynosił 500 t. Same badania przeprowadzono w zakresie od 0-250 t. Przed przystąpieniem do badań określono wielkość zmniejszenia objętości zajmowanej przez skały w cylindrze urządzenia w momencie osiągnięcia współ­

czynnika rozluzowanla skały k^, = 1.

W ten sposób po przebadaniu pierwszej próby skał można było okreś­

lić zakres stosowanych nacisków.

Przebieg badań był następujący:

Do opisanego wyżej cylindra wsypywano najpierw próbę skał o granu­

lacji od 0-20 mm (łupek ilasty) do wysokości 40 cm cylindra. Na­

stępnie w urządzeniu cylindrycznym umieszczono tłok z tłoczyskŁem, ustawiono pod prasą i rozpoczęto zciskanie, w miarę możności ze stałą szybkością.

W momencie osiągnięcia objętości przy której k^, = 1 badanie próby przerwano. Po wyjęciu tłoka z urządzenia można było zauważyć skru­

szenie skały i szczelne wypełnienie pustek w cylindrze, źe z trud­

nością można było opróżnić urządzenie cylindryczne z okruchów skał.

t

Jako następnej próby użyto łupku piaszczystego o granulacji frak­

cji 80-120 mm. Przy nacisku 193,5 t (273 kG/cm“") zauważono pla­

styczne odki3ztp>c-^nie się dolnych partii cylindra w formie wydę­

cia.

Współczynnik rozluzowania skftł towarzyszących«.« 97 Na tym próbę przerwano 1 przy następnych próbach starano się nie przekraczać nacisku 190 t.

Pozostałe próby poddawano naciskowi wg kolejności podanej w ta­

blicy 3»

Do ostatniej próby użyto konglomeratu skał o różnej granulacji i następującym składziet

- piaskowiec o granulacji od 0-120 mm - 10 cm wys. cylindra - piaskowiec o granulacji od 50-80 mm - 120 cm wys. cylindra - łupek H a s ty o granulacji od 80-120,mm - 10 cm wys. cylindra Wielkość nacisku i obniżenie tłoka była rejestrowana przez reje­

strator walcowy.

Z dokonanych pomiarów obliczono dla każdej próby wartość współ­

czynnika rozluzowania dla ciśnienia jak na wykresach (rys. 5» 6, 7f 8) - obliczonych wg wzoru

gdzie:

P - powierzchnia tłoka,

h - skok tłoka przy danym ciśnieniu - h . f(p), P - nacisk prasy hydraulicznej

V - objętość skały (v = V - V ).

s s u w

Uzyskane zależności zestawiono w tablicy 3 i na wykresach (rys. 5, 6, 7 i 8), Na wykresach tych (rys. 5» 6, 7, 8) w celu porównania przedstawiono przebieg k^ = f(p) dla tych samych granulacji róż­

nych rodzajów skał. Na każdym wykresie przedstawiono krzywą funk­

cji mieszaniny badanych skał zgodnie ze składem przedstawionym w tablicy 3.

Przebieg krzywych scharakteryzowanych na wykresach (rys. 5, 6, 7, 8) jest hiperbolicznie malejący do asymptoty, którą jest oś ciś­

nienia (p). Dla frakcji od 0-20 mm (rys. 5) łupki ilaste, łupki

Rys. j. Wykres zależności współczynnika rozluzcwania skał od wiel­

kości nacisku prasy hydraulicznej dla skał o granulacji 0-20 mm

Rys. 6. Wykres zależności współczynnika rozluzowania skał od wiel­

kości nacisku prasy hydraulicznej dla skał o granulacji 20-50 mm

Współczynnik rozluzowanla skał towarzyszących.» 99

hlspótczynnikrozLuiowaniaskat kr 2.50

225

2.00

1.15

1.50

1.2S

1.00 i

\

\

v \

\ \

•

• A '

\ \ \

K\ V

Frakcja granulacji 80 -120 [ m m j ---tuptk ilasty

V \

X*

A — — tu p ik piaszczysty

---piaskowiec -x x frakcja mieszani

o różnej granulacji

A

■ ^=?ł=L .

0 10 20 An akn a c

— ‘"TT-* •

C iśn ie n ie

250 °[K G /on*J'

Rys. 8. Wykres zależności współczynnika rozłuzomnia skał od wiel­

kości nacisku prasy hydraulicznej dla skał o granulacji 80-120 mm

Współczynnik rozluzowania skał towarzyszących«.. 101 piaszczyste i piaskowce przy ciśnieniu od 0-50 kG/cm charaktery­2 zują się gwałtownym obniżeniem współczynnika rozluzowania skał, natomiast przy ciśnieniach od 50-250 kG/cm łupki ilaste wykazują 2 szybszy spadek k^ w porównaniu z łupkami piaszczystymi i piaskow­

cami.

Dla frakcji od 20-50 mm (rys. 6) łupki ilaste, łupki piaszczyste i piaskowce jak również dla frakcji 50-80 mm (rys. 7) oraz 80-120 mm (rys. 8) przebieg krzywych przy ciśnieniu od 0-50 kG/cm podob­

nie jak dla frakcji od 0-20 mm charakteryzują się gwałtownym obni­

żeniem k^. Przy dalszym zwiększeniu ciśnienia skały wykazują mniej­

szą tendencję do obniżenia k^,, które jest tym mniejsze im większa jest granulacja skał.

Przeprowadzone badania nad wielkością współczynnika rozluzowania skał wykazują zmienność tej wielkości (k^J w zależności od ciśnie­

nia, zwięzłości skał i stopnia granulacji.

Uzyskane wielkości k^ dla ciśnienia rzędu 150-50 kG/cm co odpowia­2 da głębokości eksploatacji 600 i 200 m, wyhają się średnio w grani­

cach:

- łupki ilaste - kr = 1,08-1,70, - łupki piaszczyste - kr = 1,05-1,50, - piaskowce - k^ = 1,03-1,45.

Współczynnik rozluzowania skał dla konglomeratu podanego w tabli­

cy 3 przy granulacji 0-20 mm jest zbliżony do łupków piaszczystych (rys. 5), dla granulacji 20-50 mm (rys. 6) zbliżony jest do łupków ilastych, dla granulacji 50-80 mm (rys. _{7 )} zbliżony jest do łup­

ków piaszczystych - tak samo dla granulacji 80-120 mm0

Zakres zmienności kr mieszaniny frakcji skał zgodnie z tablicą 3 przebiega od 1^,25^-1^,45.

Porównując uzyskane wyniki z badań laboratoryjnych z podanymi przez S.T. Kuźniecowa [2], J. Znańskiego [4] i A. Lisowskiego [1]

- (dolna granica) współczynników rozluzowania skał można stwierdzić, że mieszczą się one w granicach uzyskanych z badań przez autorów.

5. Wnioski

Ha podstawie przeprowadzonych pomiarów laboratoryjnych współczynni­

ka rozluzowania skał i przeprowadzonej analizy otrzymanych wyników można wysunąć następujące wnioski:

1. Ha wielkość współczynnika rozluzowania skał mają wpływ:

- fizykomechaniczne i chemiczne własności skał,

- stopień rozdrobnienia skał, co wiąże się z ich fizycznymi włas­

nościami,

- głębokość eksploatowanego pokładu z zawałem stropu co odzwier­

ciedlano naciskami prasy hydraulicznej.

2. WTaz ze wzrostem rozdrobnienia skał, maleje współczynnik roz­

luzowania skał.

3. Wielkość współczynnika rozluzowania skał jest zależna od głęgokości eksploatacji pokładu, wraz ze wzrostem głębokości eks­

ploatacji pokładu maleje współczynnik rozluzowania skał.

4. Przeprowadzone badania pod prasą hydrauliczną prób wykazały, że wielkość współczynnika rozluzowania skał jest zależna nie tyl­

ko od ciśnienia, ale również od jpzasu zgniatania, wraz ze wzrostem czasu może on uzyskać wartość k^ = 1.

5. Występowanie tylnego wspornika sklepienia ciśnień w przestrze­

ni zawałowej eksploatowanego pokładu powoduje osiągnięcie k^ =

1

aniżeli w przypadku występowania stałego ciśnienia pierwotnego pz.

6. Przy rozważaniu nad wysokością strefy zawału wysokiego w za­

leżności od rodzaju skał dla średniej eksploatacji pokładów w Za­

głębiu Górnośląskim (600 m) zaleca się przyjmować wartość k^, =

= 1 , 20 - 1 , 50 .

Współczynnik rozluzowania skał towarzys zących ,.« 103 LITERATURA.

[1] LISOWSKI A. - Kierunek eksploatacji ścian zawałowych, Komuni­

kat GIG nr 201, Katowice 1958 r,

[2] KUŹNIECOW S.T. - K woprosu o analiticzeskom opriedeleniu smieszczenij krowli i dawlenija na kriep wyrobotek potogigich ugolnych płastow. Ugol XI - 1959 **.

[3] STAROŃ T. - Wpływ eksploatacji pokładów węgla z zawałem stro­

pu na wyżej leżące pola pożarowe. Praca doktorska (maszynopis), Politechnika Śląska, Gliwice czerwiec 1966 r,

[4] ZNAŃSKI J, - Strefa Trompetera i jej oddziaływanie na wyrobisko w kopalni. Przegląd Górniczo-Hutniczy nr 3, 1933 r,

[5] BORECKI M., CHUDEK M. - Mechanika górotworu, Skrypt Uczelniany Politechniki Śl,, Gliwice 1968 r.

K03$$MUHEHT PA3WXJIEHMH IlOPOfl COnPOBQJKJLUlUHX IUIACThi yrJItf B CBETE JUEOPATOPHtlX hCCJIEflOHaHMM

P e 3 n u e

3 pafioTe onHCąHa odopynoBamie, a TaKxe mctob nccjiexOBaHHH ko3$- (pHUHeHTa paapuxjieHMH nopoa, conpoBOxsanmwx njiacTU yma. ripuse- jeHO TaKxe pe 3yJibTaTbi jiadopaTopmuc M3MepehhIÍ K03$4>HuneHTa pa3^- puxjieHua nopojw

LA TENEUR D’ELABORATION

R e s u m e

«

Ou à’ décrit le dispositif et la méthode des étude du coefficient de relâchement des roches accompagnants les gisements du houille*

On a présenté les résultats des mesure du coefficient de relâ­

chement des roches*